2020年十大國際科技新聞解讀

2020，整個世界直面不確定性和不安全感。

在科研領域，疫情的影響讓很多研究放慢了腳步，但關乎人類自身、關乎尖端探索的事業(yè)從未擱置，我們依然看到這些消息振奮著人心，沖刷著認知，澆筑著希望。

希望仍在。變局中我們前所未有地認識到，攜手同行是這樣重要，一切的不安惶恐終究只是過客，對前行者來說，頭頂不熄的科技之光永照星河。

1.全球加速新冠疫苗研發(fā)

“我希望人類在凝視深淵后會變得更聰明，意識到我們是多么的脆弱。”前牛津大學熱帶病學教授杰里米法拉說。

新冠讓超百萬條鮮活生命離開了這個世界。為應對這場人類社會的重大災難，史無前例的疫苗高速開發(fā)和測試大幕拉開了。截至12月10日，全球有162種候選疫苗正處于研發(fā)階段，其中52種候選疫苗已經(jīng)進行臨床試驗?！犊茖W》雜志稱，“從未有如此多的候選疫苗幾乎同時開展大規(guī)模有效性試驗，政府、企業(yè)、學術界和非營利組織也從未在這樣短的時間里在同一種傳染病上投入如此多的財力、人力和精力。”

突出的例子如美國制藥企業(yè)輝瑞的疫苗研發(fā)主管凱瑟林·簡森帶領的團隊，在破紀錄的210天里推出了一支通過臨床驗證的疫苗；中國工程院院士、軍事科學院軍事醫(yī)學研究院研究員陳薇領銜團隊研發(fā)的“Ad5腺病毒載體疫苗”，在全球范圍內(nèi)第一個進入Ⅱ期臨床試驗，給世界人民帶來希望。

在這個不尋常的2020，人們看到了首批獲準用于對抗新冠肺炎的疫苗推出。而在馬上到來的2021年初，數(shù)種新疫苗的有效性也將變得更加明朗。

2.目前最強逆轉(zhuǎn)艾滋病病毒潛伏方法發(fā)現(xiàn)

談“艾”變色，根源仍是對其缺乏了解。艾滋病由人免疫缺陷病毒（HIV）引起，而HIV就是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒，其無法治愈的原因，是因為目前的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療，都不能徹底清除HIV感染，這種病毒會在細胞中潛伏，以此方式“躲避”免疫系統(tǒng)。

亦因此，在長期病毒抑制治療后清除病毒感染一直是研究的焦點?？茖W家們設計出了“激活并殺死”的方法，先將病毒從潛伏的受感染細胞中驅(qū)趕出來再進行清除?？上В诮衲暌郧?，“激活”隱藏病毒的方法一直不算成功或有效。

2月份，美國的科學家們通過兩種方法來逆轉(zhuǎn)艾滋病病毒的潛伏，而當逆轉(zhuǎn)潛伏法與適當藥物相結(jié)合，顯著提高了清除該病毒的概率，這種“激活”隱藏病毒的手段，是迄今最強大的潛伏逆轉(zhuǎn)方法。當然，兩種“激活”法要結(jié)合后續(xù)的“殺死”步驟才能完成清除功能，但其無疑為醫(yī)學界進一步理解病毒維持機制打開了一扇新的大門，讓艾滋病治療研究向前邁出了“震驚的一步”。與此同時，這項成果還展示了與藥理潛伏期逆轉(zhuǎn)相關的概念和技術挑戰(zhàn)。

3.科學家發(fā)現(xiàn)宇宙物質(zhì)起源之謎首個佐證

宇宙誕生于一場大爆炸。但在這一切的起點，理應產(chǎn)生同樣數(shù)量的正反物質(zhì)，而如果正反物質(zhì)數(shù)量相同，它們相遇時又會彼此湮滅，僅留下光子和暗物質(zhì)。宇宙演化至今，似乎仍然由物質(zhì)在主導，“正反物質(zhì)不對稱”也成為自然界最大的謎團之一。

目前為止，最有力的說法是中微子在這幕大劇中扮演了重要角色，今年，日本T2K中微子實驗國際共同研究團隊為這一假說帶來了重要支持：他們首次成功讓“中微子震蕩”現(xiàn)象中決定“粒子與反粒子舉動差異”程度的物理量取值范圍得到了限制。

這是一項歷時近10年的研究?？茖W家們已知中微子分為電子型中微子、繆子型中微子和陶子型中微子三種類型及其相應的反中微子，這些“變色龍”能在以接近光速的速度行進時發(fā)生改變，即所謂的“中微子振蕩”。T2K團隊從近1021次質(zhì)子打靶產(chǎn)生的中微子中檢測到90個電子型中微子和15個電子型反中微子。數(shù)據(jù)分析表明，繆子型中微子轉(zhuǎn)變成電子型中微子的概率，高于繆子型反中微子轉(zhuǎn)變成電子型反中微子的概率。

實驗組的結(jié)論其實尚未達到可以被稱為“發(fā)現(xiàn)”的水平。但這一結(jié)果支持宇宙中物質(zhì)起源與繆子型中微子轉(zhuǎn)變成電子型中微子有關，換句話說，這或是我們研究宇宙物質(zhì)起源的第一個佐證，讓人類距離解開宇宙之謎又近了一步。

4.迄今最大規(guī)模人類遺傳變異體目錄公布

生物學和醫(yī)學發(fā)展之迅猛，肉眼可見?，F(xiàn)在，科學家對很多疾病的研究可以直抵分子和基因?qū)用?，深入研究人類基因組也成為解鎖諸多重大疾病病因的關鍵。可惜的是，在人類基因組中，絕大多數(shù)基因的功能依然未知。

揭示基因功能的一種方法，是觀察基因發(fā)生突變后的結(jié)果。這些變異體往往會產(chǎn)生不良結(jié)果，但通常較為罕見。大規(guī)模基因測序研究則有助于考察這些功能喪失型變異體的效應，將能帶來對人類生物學特征和疾病的重要見解。

今年6月，英國《自然》旗下雜志同時發(fā)表一系列報告，集中描述了對一個匯集了逾14萬人樣本的數(shù)據(jù)庫——基因組聚集數(shù)據(jù)庫的應用，其涵蓋從125748個全外顯子組和15708個全基因組測序數(shù)據(jù)集中，鑒定出的443769個預測的功能喪失型變異體。這是人們迄今擁有的最大規(guī)模人類遺傳變異體公開目錄。

盡管，科學家距離鑒定出人類全部的預測功能喪失型變異體還很遙遠，但這一研究依然是我們現(xiàn)階段深入認識人類基因功能、發(fā)現(xiàn)新疾病相關基因的寶貴資源。

5.馬斯克發(fā)布可實際運作的腦機接口

無論你如何評價埃隆·馬斯克，也應承認他一向都敢做眾人所不敢之事。8月末，他為腦機接口公司Neuralink舉行發(fā)布會，用“三只小豬”演示了可實際運作的腦機接口芯片和自動植入手術設備。其中一只豬已經(jīng)植入腦機接口設備兩個月并活蹦亂跳，另一只曾植入電極又取了出來，最后一只則未植入任何設備。

這次發(fā)布會引起空前關注。因為被植入芯片的實驗豬，向全世界展示了神經(jīng)信號的讀取和寫入，研究人員可以通過芯片傳導出來的信息看到豬的腦電圖。馬斯克在2016年就曾透露過其人腦與機器交互的想法，能夠看出，與去年原型首次亮相時相比，現(xiàn)在該技術與實現(xiàn)馬斯克的雄心壯志的距離要近得多。

但需注意到，Neuralink芯片成功與否，其實并不完全取決于技術，還將取決于其能否說服人們“開頭顱、插芯片”，并試圖“篡改”人類自己的神經(jīng)沖動。

不過，馬斯克本人和該公司都表明，他們主要研究方向或?qū)⑹轻t(yī)療領域，即利用腦機接口來幫助人類對抗記憶力衰退、頸脊髓損傷以及癲癇、抑郁、帕金森等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。如果它們的安全性和可靠性可以讓科學家、醫(yī)生以及許許多多患者們信服，那這一技術無疑將真正造福人類。

6.室溫超導在超高壓下首次實現(xiàn)

1911年，一名荷蘭物理學家發(fā)現(xiàn)，當溫度降低至4.2K（約-268.95℃）時浸泡在液氨里的金屬汞的電阻會消失。這是超導現(xiàn)象，我們距離其首次被發(fā)現(xiàn)已過百年。

超導不僅僅意味著零電阻，還可以完全抗磁性，這讓超導體在傳輸過程中幾乎沒有能量耗損，每平方厘米超導材料上還能承載更強的電流。可惜，目前大多數(shù)超導體僅在接近絕對零度的溫度下工作。正是這一限制，具有如此優(yōu)異性能的材料并沒有像許多人想象的那樣徹底改變世界。

10月，一個美國團隊報告創(chuàng)造出一種有機源氫化物材料，首次在高達15攝氏度的溫度下觀察到室溫超導現(xiàn)象。此前研究表明，富氫材料在高壓下可以將超導溫度提高至-23℃左右。此次科學家將實現(xiàn)零電阻的溫度提高到了15℃，這是在2670億帕斯卡壓力下的一個光化學合成三元含碳硫化氫系統(tǒng)中實現(xiàn)的。

開發(fā)在室溫下沒有電阻和磁場驅(qū)逐的超導材料，是凝聚態(tài)物理學追求的目標，新成果不但打破諸多障礙，還將為許多潛在應用鋪路。可以說，經(jīng)過一個世紀的找尋，人類向創(chuàng)造出具有最優(yōu)效率電力系統(tǒng)的目標邁出了重要一步。

7.快速射電暴在銀河系內(nèi)起源首次確定

這是一段時間僅僅數(shù)毫秒的射電脈沖。有天文學家認為，它可能只是兩顆恒星碰撞時產(chǎn)生的噪音，另有一些人更樂意相信，這是來自外星人的信息，由高等地外文明的技術“外泄”造成。

它名為快速射電暴，自2007年第一次被發(fā)現(xiàn)以來身上迷霧一重疊一重。其物理起源未知，但能量極大，無法忽視。盡管付出了很多努力，科學家也一直在發(fā)展相關理論，但從未能理解快速射電暴背后的物理學原理，連確定起源也存在著巨大挑戰(zhàn)——它持續(xù)時間實在是太短了，天文學家很難對其定位。

而11月，英國《自然》雜志發(fā)表的3篇論文稱，科學家首次確定了一個快速射電暴在銀河系內(nèi)的起源：多個衛(wèi)星及地面望遠鏡探測到的這些無線電波的明亮脈沖顯示，它們來自銀河系內(nèi)的一顆磁星。

這是第一個探測到無線電波以外輻射的快速射電暴，且是第一個在銀河系中被發(fā)現(xiàn)的，同時也是第一個與被稱為磁星的恒星殘留物有關的快速射電暴，證明了磁星可以是快速射電暴的起源。該發(fā)現(xiàn)得益于加拿大和美國團隊對快速射電暴的持續(xù)關注，以及中國500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）對這一天空區(qū)域的重要監(jiān)測結(jié)果。

8.“阿爾法折疊”精準預測蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)

一個有50年歷史的老問題，“阿爾法折疊”改變了游戲規(guī)則。

人工智能（AI）的功勞。名為“阿爾法折疊”的AI攻克了生物學領域一項重大難題：預測蛋白質(zhì)如何從線性氨基酸鏈卷曲成3D形狀以執(zhí)行任務。

人體每一種蛋白質(zhì)都包含幾十到幾百種氨基酸，這些氨基酸的順序決定了它們之間的作用，賦予蛋白質(zhì)復雜的三維形狀，進而決定了蛋白質(zhì)的功能。幾十年來，研究人員利用X射線晶體學或低溫電子顯微鏡等實驗技術來破譯蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，但這種方法可能需要數(shù)月甚至數(shù)年，且未必見效。目前，在生命體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的2億多個蛋白質(zhì)中，只有17萬個蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)被破解。

在今年的“蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測關鍵評估”中，“阿爾法折疊”在滿分100的比賽中的中位分數(shù)為92.4，預測最具挑戰(zhàn)性的蛋白質(zhì)的平均得分為87，比次優(yōu)預測高出25分。它甚至擅長預測嵌入細胞膜的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，而細胞膜正是許多人類疾病的核心，以往的X射線晶體學很難對其展開研究。

這一技術成就被認為將改變結(jié)構(gòu)生物學和蛋白質(zhì)研究的未來：實驗學家將能使用精確結(jié)構(gòu)預測來理解不透明的低溫電磁數(shù)據(jù)；藥物設計者也可借此迅速厘清新冠病毒等危險病原體中每種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而更快研發(fā)出相關藥物。

9.“基因魔剪”首次治愈兩種遺傳性血液病

這是CRISPR基因編輯技術臨床首次證實可有效治療遺傳疾病。

鐮刀型紅細胞貧血和β-地中海貧血，是兩種常見的基因缺陷性疾病，其共同特點是由于珠蛋白基因的缺陷使血紅蛋白中的珠蛋白肽鏈有一種或幾種合成減少或不能合成，從而產(chǎn)生無效的血紅蛋白。目前常見的治療方法是輸血或輸入鐵螯合劑，很可惜這些方法容易出現(xiàn)中毒現(xiàn)象；利用造血干細胞移植本是一個根治之法，但匹配的捐贈者很可能匱乏，移植后的并發(fā)癥也隨時會發(fā)生。正因此，基因治療從分子水平上糾正治病基因的表達，成為病人的新希望。

今年年底，美國研究人員宣布他們用CRISPR技術對患者的骨髓干細胞進行基因編輯后，兩名β、地中海貧血患者和一名鐮狀細胞疾病患者，不再需要輸血。

最新的報告表明，患者的治療時間長達17個月，現(xiàn)在正在產(chǎn)生大量胎兒血紅蛋白，并且再沒有經(jīng)歷過每幾個月發(fā)作一次的疼痛。這一次，“基因魔剪”實現(xiàn)了精準靶向治療，為未來基因缺陷性疾病的成功治愈提供了可能。當然，CRISPR這一技術在疾病領域的應用，才剛剛開始。

10.中國嫦娥五號“攬月”而歸

12月19日，中國嫦娥五號任務月球樣品正式交接。中國首次地外天體樣品儲存、分析和研究工作拉開了序幕。

嫦娥五號任務是“探月工程”的第六次任務，也是中國航天迄今為止最復雜、難度最大的任務之一。其有著非常重要的意義——實現(xiàn)中國開展航天活動以來的四個“首次”：首次在月球表面自動采樣；首次從月面起飛；首次在38萬公里外的月球軌道上進行無人交會對接；首次帶著月壤以接近第二宇宙速度返回地球。

美國《科學》雜志對此予以高度關注。該雜志報道中指出，嫦娥五號是中國一系列雄心勃勃探月計劃的最新行動，它在月表著陸后，從月表鏟取一些月壤樣品，還鉆探到月表之下2米采集月壤巖芯，這些樣本將有助于科學家進一步厘清月球的年齡，而且是“自1972年人類最后一次執(zhí)行登月任務40多年后再次從月球帶回巖石樣本”。